【文章內(nèi)容簡介】 社會已近 很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的 蹤影了 。 包括 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種 精密儀器和 儀表的控制，計算機網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理 ，現(xiàn)在 廣泛使用的各種智能 型 IC 卡， 現(xiàn)代汽車 的 一些 安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動 型的 洗衣機控制，以及 一些程序控制類煩的 玩具、電子寵物等等，這些都離不 了 單片機 ，甚至是自動控制領(lǐng)域的機器人、智能 儀器 儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了 [5]。因此，單片機 知識 的學(xué)習(xí)、 以及與其相關(guān) 開發(fā)與應(yīng)用 知識的學(xué)習(xí)對一個人工科人來說顯得尤為重要 。本文主要介紹基于 51 內(nèi)核系列單片機。 單片機基礎(chǔ) 51 系列 單片機 其實 是對所有兼容 Intel 8031 指令系統(tǒng)單片機的統(tǒng)稱。該系列 的 單片機始祖是 Intel 的 8031 單片機，后來隨著 Flash rom技術(shù)的發(fā)展， 8031 單片機取得了長足的進展，成為應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機之一， 具有 代表 性的是 ATMEL 公司的 AT89系列 產(chǎn)品 ，它廣泛應(yīng)用于 各種 工業(yè)測控系統(tǒng)之中。 同時 很多公司都推出 了基于 51 系列的兼容機型 單片機產(chǎn)品 ， 在隨 后很長的一段時間內(nèi)占有大量市場。 51 單片機是基礎(chǔ)入門的 一款 單片機 產(chǎn)品 ， 當(dāng)然也 是應(yīng)用最廣泛 的一種 ，它的功能是非常強大的。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 51 單片機它有 8 位 CPU， 2 個 可以 編程 的 定時 /計數(shù)器 ，總共有 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級 ， 4k 字節(jié)的 程序存儲器 (ROM)，以及 128 個字節(jié) 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)以及 21個專用 的特殊功能 寄存器 ， 外部 有 64k 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器尋址空間 ，另外還有 一個全雙工的 串行通信 接口，它擁有 32 條 的 I/O 口線 ，具有 邏輯操作位尋址功能 ， 雙列直插 式 40引腳的 封裝 ，采用 單一 的 +5V電源供電 [6]。 CPU： 主要 由運算 器 和 邏輯控制器 組成，同時還包括 了 中斷系統(tǒng)和 一 部分 的 外部特殊功能寄存器 。 RAM： 主要是用來 存放可以讀寫的 相關(guān) 數(shù)據(jù)， 比 如 說 運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及 一些相關(guān)的需要 顯示的數(shù)據(jù) 等。 ROM： 主要是用來 存放程序 和 一些原始數(shù)據(jù) 以及 表格 等。 I/O 口： 有 四個 8 位并行 的 I/O 口，既 可以 用作輸入，也可用作輸出 。特別要說明的是單片機不工作的時候，它的各個 I/O 口都處于高電平即邏輯 1，當(dāng)單片機通過軟件程序控制 I/O 處于低電平即就是邏輯 0。 T/C： 主要是 兩個定時 /記數(shù)器，既可以 通過程序選擇用于工作在 定時模式，也可以工作在記數(shù)模式 。 另外還有 一個全雙工 的 UART（通用異步接收發(fā)送器）串行 通信 I/O 口 ,主要是 用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與 計算機 之間的串行通信 。 單片機內(nèi)部有對應(yīng)的 振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路， 但是 石英晶體和微調(diào)電容需要外接 ，最佳振蕩頻率 應(yīng)選擇為 6M— 12MHz。 單片機的選型 根據(jù)本文研究實驗要求考慮采用性能更加穩(wěn)定并且存儲單元更大的 51 單片機的加強版，即采用單片機型號為 STC89C52。 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 的 CMOS8 位微控制器， 它 使用的是 經(jīng)典 的 MCS51 內(nèi)核，具有 8K 的 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 但是 做了很多的改進使得 這款 芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備 的 一些 功能 ， 使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52 單片機 結(jié)合了 CMOS（ Complementary Metal Oxide Semiconductor，即 互補金屬氧化物半導(dǎo)體 ，是一種 電壓控制的一種放大器件 ，也 是組成 CMOS 數(shù)字集成電路的基本單元 ） 的高速 和 高密度技術(shù)以及 CMOS 的低功耗 等 特征， 它 基于標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 單片機體系結(jié)構(gòu) 以及 指令系統(tǒng)，可以說是 89C51 增強型 或者升級版本的 單片機， 內(nèi)部 集成了 包括 時鐘輸出和向上 或是 向下計數(shù)器等 等 更多功能， 使它可以 適合于類似 于 馬達(dá)控制等 一些常見的 應(yīng)用場合。 89C52 擁有 3 個 16 位 的 定時 /計數(shù)器 、 5 個兩級中斷結(jié)構(gòu)， 同樣 內(nèi)置 的是 8 位中央處理單元、 但是其 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 RAM 達(dá)到了 512 個字節(jié) 、 片內(nèi) 程序存儲器（ ROM）也擴展到 8K 字節(jié)、以及 一個全雙工 的 串行通信口 和 片內(nèi)時鐘振蕩電路 其它同樣是 32個雙向輸入 /輸出 (I/O)口 等 。 除此以外 ， STC89C52 還 可以 工作于低功耗模式， 低功耗模式其實就是空閑模式和掉電模式，它可以 通過兩種軟件 程序 選擇空閑 模式 和掉電模式。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 當(dāng)然 在空閑模式下 將會 凍結(jié) CPU僅 RAM定時器 以及 串行口 和 中斷系統(tǒng) 可以 維持其 相應(yīng)的 功能。 在 掉電模式下， RAM 中的 數(shù)據(jù) 會被保存 ，時鐘振蕩 會 停止，同時停止 單片機芯片 的內(nèi)部的 其它功能。 GSM 基礎(chǔ) GSM 全稱是： Global System for Mobile Communications，中文名全稱是：全球移動通訊系統(tǒng)，即就是通常所說的 全球通 ，它是一種最早起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時也是第二代的移動通信技術(shù)，它的開發(fā)的目的是讓全球各地可以共同使用一個統(tǒng)一的移動通信電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓其用戶使用一部手機就能真正實現(xiàn)走遍全球。 從 20 世紀(jì) 20 年代開始移動通信技術(shù)得到了一些初步的發(fā)展，在 20 世紀(jì) 40 年代后進入了建設(shè)公用移動通信系統(tǒng)階段。隨著移動通信的逐步完善和升級，無線傳輸、信道管理以及移動交換等相關(guān)技術(shù)的日益發(fā)展和成熟，無線電話、無線尋呼和陸地蜂窩式模擬移動通信以及衛(wèi)星移動通信等移動通信系統(tǒng)也都相繼發(fā)展起來。 GSM 可以與各種公用通信網(wǎng)互連互通，尤其是與 ISDN（ ISDN 是以綜合數(shù)字電話網(wǎng)（ IDN） 的兼容性，因此可以提供更多的業(yè)務(wù)和相關(guān)服務(wù)，各種接口都具有統(tǒng)一明確的規(guī)范，適合未來數(shù)字化發(fā)展的要求。 GSM 的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也非常靈活方便，可以更加有效地 使用無線頻率，不僅具有良好的抗干擾性強，較好的通信質(zhì)量高，較高的話音質(zhì)量，更采用鑒權(quán)、語音加密等相關(guān)的技術(shù)使用戶信息的安全性得到了一定的保證，同時用戶終端具有小巧、輕便、功能強等特點 [7]。 我國于 20 世紀(jì) 90 年代初開始引進采用這項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在此之前我國一直使用的是蜂窩模擬移動技術(shù)，也就是第一代 GSM 技術(shù)（自 2021 年 12 月 31 日我國關(guān)閉了此模擬移動網(wǎng)絡(luò)）。 目前，中國移動、中國聯(lián)通各擁有一個 GSM 網(wǎng)絡(luò)，也是世界最大的移動通信網(wǎng)絡(luò)。與以 ISDN 的兼容性 為基礎(chǔ)發(fā)展演變而成的多種電信業(yè)務(wù)，用戶能夠通過有限的一組標(biāo)準(zhǔn)化的多用途用戶網(wǎng)絡(luò)接口接入網(wǎng)內(nèi) ，可以提供豐富的相關(guān)業(yè)務(wù)，在采用 GSM系統(tǒng)的所有國家范圍內(nèi)，可提供穿越國界的自動漫游功能。 GSM 模塊的選型 GSM 模塊，是 指 將 GSM 射頻芯片、基帶處理芯片 和 存儲器 以及相關(guān)的 功放器件等都 集成 到 一塊線路板上， 使 具有獨立的 指令 操作系統(tǒng)、 GSM 射頻處理 和 基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。 GSM 模塊具有發(fā)送 和接收 SMS 短信，語音通話， GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)然?GSM 網(wǎng)絡(luò)的 進行通信所 具有的一些 基本功能 [8]。 簡單 概括來說 ， GSM 模塊加上鍵盤、顯示屏和電池，就是一部 完整地 手機。 開發(fā)人員使用 ARM 或者 是 單片機 等 通過 RS232 串口與 GSM 模塊 進行 通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令來控制 GSM 模塊實現(xiàn)各種無線通信功能，例如：發(fā)送 接和收 短信，撥西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 打 和接聽 電話， GPRS 撥號上網(wǎng)等?；?GSM模塊 的 產(chǎn)品開發(fā)往往都是基于 ARM平臺，使用嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)。有 一 些 GSM 模塊具有 “ 開放內(nèi)置平臺 ” 功能， 這樣 可以讓客戶將自己的 一些 程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺中。 由于工作年限 和一些特定 環(huán)境 要求等諸多 等因素 的影響 ，目前， GSM 模塊 仍然 廣泛的 在 工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域 中被 使用，在各行各業(yè) 仍然 都 還 能看到 GSM 模塊應(yīng)用的產(chǎn)品。例如，在車載 安全 監(jiān)控領(lǐng)域，使用 GSM 模塊將車輛行駛的 GPS 等 數(shù)據(jù) 信息 傳輸回車輛管理中心 ， 在 一些 電力、水務(wù)系統(tǒng) 等 ， 可以 通過 GSM 模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程 或者 智能抄表，可以實時監(jiān)控用戶的用電和用水量 信息， 在測繪行業(yè)，為很多偏僻的測繪點安裝了 GSM 模塊 就可以 實現(xiàn)實時的 遠(yuǎn)程 監(jiān)控，不必再人工收集數(shù)據(jù) ， 在家庭，可以安裝無線報警系統(tǒng)，一旦發(fā)生火情或盜竊行為，可以立即通知戶主和報警 ， 在國外，很多老人小孩帶了個人跟蹤器，防止老人和小孩走失或意外發(fā)生，里面也是集成了 GSM 模塊?？梢哉f，隨著GSM 的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完善， GSM 模塊的應(yīng)用范圍也越來越廣。 GSM 模塊根據(jù)提供的數(shù)據(jù)傳輸速率又可以分為 GPRS 模塊、 EDGE 模塊、 3G模塊和純短信模塊。 短信模塊只 單純的 支持短信服務(wù)。 GPRS， 可以 說是 GSM 的延續(xù)。 但是它 也 經(jīng)常被描述成 “ ” [9]，就是說這項技術(shù) 是 位于第二代（ 2G）和第三代（ 3G）移動通訊技術(shù)之間。 GPRS 的傳輸速率從 56K 到 114Kbps 不等，理論速度最高 可以 達(dá) 到171K， 但是 實際測試的下傳速度在 25K左右。相對于 GSM的 的訪問速度而言，GPRS 擁有更快的訪問數(shù)據(jù)通信速度， GPRS 技術(shù)還具有在任何時間、任何地點都能實現(xiàn)連接，永遠(yuǎn)在線、按流量計費等 獨有 特點。 隨后 EDGE 技術(shù)進一步提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾实?270K，被稱為 ，數(shù)據(jù)傳輸速率更 2 倍于 GPRS。目前，國內(nèi)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)普遍具有 GPRS 的 通訊功能，移動和聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)都支持 GPRS， EDGE 也已經(jīng)在全國范圍覆蓋 [10]。 GPRS 模塊， 其實它就 是 一種 具有 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸功能的 GSM 模塊。 GPRS 模塊 其實 就是一個精簡版的手機， 模塊 集成 GSM 通信的主要功能 在 一塊 的 電路板上，具有發(fā)送 和接收 短消息、 語音 通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?基本 功能。 GPRS 模塊 其實 相當(dāng)于手機的核心部分，如果 給它 增加鍵盤和屏幕就是一個完整的手機。普通 的 電腦或者單片機可以通過RS232 串口與 GPRS 模塊相連，通過 AT 指令控制 GPRS 模塊實現(xiàn)各種基于 GSM 的通信功能。 GPRS 模塊區(qū)別于傳統(tǒng)的純短信模塊，兩者都是 GSM 模塊，但是短信模塊只能收發(fā)短信和語音通訊，而 GPRS 模塊還具有 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸功能。 早期 GSM 模塊的 生產(chǎn) 廠家最早主要 都是 國外 一些相關(guān)的企業(yè) ，包括西門子、Wav、 Sagem（ 薩基姆 ） 等 ， 隨著國內(nèi)的技術(shù) 發(fā)展和 進步，國內(nèi)廠家如華為、移遠(yuǎn)通信（ Quectel)、 Sim（ 晨訊科技 ） 、 BenQ（ 明基電通 ） 等模塊由于具有更高的性價比，已經(jīng)逐漸替代了國外品牌在國內(nèi)市場上占據(jù)了主流的地位。在市場上比較流行的模塊包括華為的 GTM900B、西門子的 DTPRD+， Wave的 Q24 等 ,國內(nèi)利用模塊成功開發(fā)終端 MODEM 產(chǎn)品典型應(yīng)用經(jīng)緯星航 JWOD1,經(jīng)緯星航 JWOD2 等 [11]。成功的案例有： (1) DTP_T05 系列嵌入式短信模塊 GSMModem（ 一種使用移動通訊系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器 ）； (2) 三極管的放大原理，首先是 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子 ， 電源 Ub 經(jīng)過電阻 Rb加在西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子 (自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流 Ie。同時基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū) 載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流 ； (3) 然后 基區(qū)中電子的擴散與復(fù)合 ， 電子進入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流 Ic。也有很小一部分電子（因為基區(qū)很?。┡c基區(qū)的空穴復(fù)合，擴散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。 最后 集電區(qū)收集電子 ， 由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散，同時將擴散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流 I。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會產(chǎn)生漂移運動，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用 Icbo 來 表示，其數(shù)值很小，但對溫度卻異常敏感。 DTP_RD+系列一體化的短信報警智能終端 iDTU（ GPRS數(shù)傳模塊 )）； (4) 移動基站光纖通信設(shè)備遠(yuǎn)程實時監(jiān)測 ； (5) 八通道輸入輸出系列短信無線測控終端 等。 根據(jù)本文研究實驗的要求， GSM 模塊需要具備發(fā)送和接收相關(guān)命令的短信消息，并且可以方便的與數(shù)據(jù)處理和控制中心（單片機）進行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，根據(jù)市場現(xiàn)狀調(diào)查選取 TC35 作為信息發(fā)送和接收模塊。 TC35 無線 GSM/GPRS 通信模塊，是西門子公司生產(chǎn)